使用 std::random_device 在 C++ 中生成随机数

Question

我使用以下代码在 C++ 中生成随机数

std::random_device rdev {};
std::default_random_engine generator {rdev()};
std::uniform_int_distribution dist {a, b};

相似地

std::default_random_engine generator {std::random_device{}()};
std::uniform_int_distribution dist {a, b};

我想了解的是使用种子值生成引擎背后的机制。random_device 使用来自操作系统的各种信息获取种子。该值用于初始化引擎对象。对于此处介绍的第一段代码，如果rdev是一个对象，为什么我们将该值作为rdev(). 为什么我们在类的对象上使用函数符号？

对于第二段代码，我们如何std::random_device仅使用类名来生成对象？

我不确定我在理解这方面的问题是否特定于随机数生成或涉及 C++ 语言本身的更大问题。

Answer 1

所述std::random_device对象本身不被用作种子。Arandom_device是真随机数生成器。调用它的括号运算符会从中产生一个样本。不幸的是，生成真随机数往往比生成伪随机数更昂贵，因此作为一种折衷方案，人们倾向于生成一个真正的随机数作为种子传递给伪随机生成器。因此，在您的第一个示例中，random_device通过调用其括号运算符 ( rdev())对 进行了一次采样，返回一个真正随机的值，该值用作std::default_random_engine对象的种子。

第二个示例完全相同，只是在这种情况下random_device是临时的。在 C++ 中，您可以通过直接调用类的构造函数来构造临时对象，在这种情况下使用大括号初始化。换句话说，表达式std::random_device{}返回一个临时的、默认构造的random_device对象，然后像前面的例子一样调用它的括号运算符来产生一个种子。

Answer 2

std::random_device重载括号运算符以赋予其类似函数的语法。它或多或少看起来像这样：

class random_device {
    /*...*/
public:
    uint32_t operator()() {
        return /*...*/;
    }
};

然后可以在对象上调用它

std::random_device device;
uint32_t value = device();

或临时的（技术上仍然是一个对象）

uint32_t value = std::random_device{}();
uint32_t value_2 = std::random_device()(); //Equivalent syntax

超载operator()还可以通过其他方式进行超载。

struct multiplies_by_3 {
    uint32_t operator()(uint32_t value) const {
        return value * 3;
    }
};

multiplies_by_3 multiplier;
uint32_t value = multiplier(15); //45
uint32_t value_2 = multiplies_by_3{}(20); //60
uint32_t value_3 = multiplies_by_3()(25); //75

struct subtracts_first_from_second {
    uint32_t operator()(uint32_t first, uint32_t second) const {
        return second - first;
    }
};

subtracts_first_from_second subtractor;
uint32_t value = subtractor(15, 17); //2
uint32_t value_2 = subtracts_first_from_second{}(20, 29); //9
uint32_t value_3 = subtracts_first_from_second()(25, 17); //Underflows to some large number